專利名稱：鐵路橋梁雙球面減隔震支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁支座，特別是一種應(yīng)用于鐵路橋梁的鐵路橋梁雙球 面減隔震支座。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)80年代以來，為了減小地震引起的橋梁結(jié)構(gòu)破壞，各國學(xué)者對 橋梁結(jié)構(gòu)的減震、隔震進(jìn)行了廣泛、深入的研究，在理論研究和工程應(yīng)用中 取得了巨大進(jìn)展。經(jīng)過近30年的研究，發(fā)展了疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座、 高阻尼橡膠支座等減隔震支座，開發(fā)了具有粘滯、粘彈、金屬屈服和摩擦特 性的耗能裝置。對于橋梁結(jié)構(gòu)，減隔震設(shè)計(jì)主要是通過減隔震支座來延長結(jié)構(gòu)周期、耗 散結(jié)構(gòu)地震能量實(shí)現(xiàn)的。國外橋梁上應(yīng)用得較廣泛的減震支座為鉛芯橡膠支 座和摩擦擺隔震支座。其中，鉛芯橡膠支座利用鉛本身屈服強(qiáng)度低、滯回曲 線近似矩形等特點(diǎn)，形成阻尼部件實(shí)現(xiàn)地震能量的衰減；摩擦擺隔震支座是 將滑動(dòng)支座和鐘擺的概念相結(jié)合構(gòu)成一種新的隔震裝置，其滑動(dòng)面是曲面， 通過結(jié)構(gòu)自重提供所需的自復(fù)位能力，幫助上部結(jié)構(gòu)回到原來的位置，利用 一個(gè)簡單的鐘擺機(jī)理延長結(jié)構(gòu)的自振周期。近年來大量研究表明，上述減隔震支座應(yīng)用于公路橋梁時(shí)能滿足正常使 用荷載要求，具有很好的減隔震效果，但在鐵路橋梁方面的工程應(yīng)用還屬于 空白。由于鐵路橋梁的特殊性，現(xiàn)有技術(shù)上述減隔震支座在正常使用荷載要 求和減隔震效果要求等方面均存在不足。例如，鐵路橋梁大多采用無縫線路， 平整度要求高，要求減隔震支座的豎向位移小，但同時(shí)鐵路橋梁荷載與梁體 重量大，地震時(shí)其地震力與能量也大，因此現(xiàn)有的減隔震支座無法在鐵路橋
梁上應(yīng)用。此外，鐵路橋梁在列車作用下的受力比較復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)減隔震 支座由于剪切剛度相對較小，在列車牽引或制動(dòng)力、搖擺力、長鋼軌作用力 等作用下會(huì)發(fā)生有害振動(dòng)，工作壽命短。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對鐵路橋梁正常使用荷載要求和減隔震效果要求的特 殊性，提供一種應(yīng)用于鐵路橋梁的雙球面減隔震支座。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鐵路橋梁雙球面減隔震支座，包 括疊置的上支座板、中支座板、下支座板以及其間設(shè)置的聚四氟乙烯滑板， 所述下支座板固接有剪力部件，具有相同小曲率半徑的中支座板的凸球形上 表面和上支座板的凹球形下表面形成球形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面，具有相同大曲率半徑 的中支座板的凸球形下表面與下支座板的凹球形上表面形成球形滑動(dòng)摩擦 面。所述上支座板上部還扣設(shè)有頂盆，其間設(shè)置聚四氟乙烯滑板。進(jìn)一步地， 所述頂盆內(nèi)固接有不銹鋼板，所述聚四氟乙烯滑板鑲嵌在上支座板的上表面上。在上述技術(shù)方案中，所述剪力部件包括擋板和銷釘，所述擋板與下支座 板通過銷釘固接。所述中支座板的凸球形上表面和凸球形下表面為鍍鉻面， 所述聚四氟乙烯滑板分別鑲嵌在上支座板的凹球形下表面和下支座板的凹球 形上表面上。本發(fā)明提供一種鐵路橋梁雙球面減隔震支座，減隔震作用明顯，工作原 理簡單明了，設(shè)計(jì)參數(shù)少而且便于控制和調(diào)整，能更好地適應(yīng)鐵路橋梁梁部 與墩臺(tái)的傳力、構(gòu)造要求，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明針對鐵路橋 梁正常使用荷載要求和減隔震效果要求的特殊性，將球形滑動(dòng)摩擦面設(shè)置在 下支座板上，整體結(jié)構(gòu)形成下部尺寸大、上部尺寸小、具有自回復(fù)功能的穩(wěn)定構(gòu)形，在較大地震發(fā)生時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)整體倒塌；將球形滑動(dòng)摩擦面
設(shè)計(jì)成大曲率半徑，在減小支座豎向位移的同時(shí)，可以更好的延長地震周期， 消耗地震能量。本發(fā)明針對鐵路橋梁整體剛度大、不允許正常使用時(shí)有豎向位移的要求， 還提供了 一種具有減隔震作用的活動(dòng)支座，由上支座板和頂盆構(gòu)成平動(dòng)摩擦 面，正常使用時(shí)活動(dòng)支座的所有位移由平動(dòng)摩擦面提供，而球形滑動(dòng)摩擦面 上不發(fā)生位移，保證支座整體不會(huì)發(fā)生豎向位移。下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記i^t明l一上支座板；2—中支座板；3 —下支座板； 4一剪力部件； 5 —聚四氟^^骨fe 6 —頂盆； 41 —擋板； 42—銷釘。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例鐵路橋梁 雙球面減隔震支座包括上支座板1、中支座板2和下支座板3，下支座板3的 上表面設(shè)置成凹球面31,中支座板2的下表面設(shè)置成凸球面21，凹球面31 和凸球面21具有相同的大曲率半徑，之間設(shè)置聚四氟乙烯滑板5，形成球形 滑動(dòng)摩擦面，在地震時(shí)用來提供消耗地震能量的位移，并通過結(jié)構(gòu)自重提供 所需的自復(fù)位能力，使上部結(jié)構(gòu)回到原來的位置。上支座板1的下表面設(shè)置 成凹球面12，中支座板2的上表面設(shè)置成凸球面22，凹球面12和凸球面22 具有相同的小曲率半徑，之間設(shè)置聚四氟乙烯滑板5，形成球形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面， 用來提供梁體正常使用情況下的轉(zhuǎn)動(dòng)。下支座板3固接有剪力部件4,用于
地震時(shí)當(dāng)上支座板1所承受的水平力超過設(shè)定承栽能力時(shí)，上支座板1將剪 力部件4剪斷，相對下支座板3開始滑動(dòng)，延長結(jié)構(gòu)自振周期，從而大大消耗地震能量，減小梁體傳遞給橋墩的地震力。剪力部件4包括擋板41和銷釘 42,擋板41與下支座板3通過銷釘42固接。本發(fā)明上述技術(shù)方案形成一種固定支座，將中支座板2的上、下表面設(shè) 計(jì)成雙凸球面結(jié)構(gòu)，且與下支座板3和上支座板1配合分別形成球形滑動(dòng)摩 擦面和球形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面。在正常運(yùn)營下，球形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面提供梁體正常情況 下的轉(zhuǎn)動(dòng)，中支座板2在球形滑動(dòng)摩擦面上不發(fā)生位移，由于配合面具有相 同的曲率半徑，可以很好地相切，在豎向荷載作用下，球面壓應(yīng)力均勻；在 地震發(fā)生時(shí)，中支座板2可以在球形滑動(dòng)摩擦面上向任何方向滑動(dòng)，通過位 移消耗地震能量，保證結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)通過結(jié)構(gòu)自重提供所需的自復(fù)位能力， 幫助上部結(jié)構(gòu)回5 ij原來的位置。鐵路橋梁采用的支座要求更好地適應(yīng)鐵路橋粱梁部與墩臺(tái)的傳力、構(gòu)造 要求，且應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，本實(shí)施例將球形滑動(dòng)摩擦面設(shè)置在 下支座板上，且具有較大的曲率半徑，使整體結(jié)構(gòu)形成下部尺寸大、上部尺 寸小的穩(wěn)定構(gòu)形，滿足鐵路橋梁要求支座具有很好穩(wěn)定性的要求。更重要的， 本實(shí)施例的上述結(jié)構(gòu)使地震時(shí)，中支座板2帶動(dòng)其上結(jié)構(gòu)在下支座板3的凹 球面31上滑動(dòng)，保證了消耗地震能量中整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。下支座板3的凹球 面31為其上結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)相對穩(wěn)定的自回復(fù)結(jié)構(gòu)，中支座板2及其上結(jié)構(gòu) 在該凹球面上滑動(dòng)后可通過自重提供回復(fù)力，因此在消耗地震能量后整個(gè)結(jié) 構(gòu)能回復(fù)到地震前的位置，在較大地震(非多遇地震)發(fā)生時(shí)，使本發(fā)明滿 足橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)整體倒塌、經(jīng)搶修后可限速通車的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求,，本發(fā)明的減隔震效果主要是通過中支座板在下支座板的球形滑動(dòng)摩擦面 上滑動(dòng)產(chǎn)生位移來消耗地震能量，同時(shí)地震發(fā)生、產(chǎn)生位移后也要求中支座 板能通過其上結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的回復(fù)力回到原有的中心位置，決定上述兩個(gè)功 能的主要因素是球形滑動(dòng)摩擦面的曲率半徑。鐵路橋梁的荷載與梁體重量大， 地震時(shí)其地震力和能量很大，本實(shí)施例根據(jù)鐵路橋梁荷載的上述特點(diǎn)，通過 對梁、墩、基礎(chǔ)在模擬地震下的整體反映的綜合分析，將球形滑動(dòng)摩擦面設(shè) 計(jì)成大曲率半徑，在減小支座豎向位移的同時(shí)，可以更好的延長地震周期， 消耗地震能量。考慮到支座回復(fù)力的要求，本實(shí)施例大曲率半徑的取值范圍 是在滿足回復(fù)力要求基礎(chǔ)上，將球形滑動(dòng)摩擦面的曲率半徑盡量做大，設(shè)計(jì) 參數(shù)少而且便于控制和調(diào)整，減隔震作用明顯，更好的適應(yīng)鐵路橋梁的需要。在正常運(yùn)營(包括多遇地震)條件下，球形滑動(dòng)摩擦面不發(fā)生位移；在較大地震(非多遇地震)發(fā)生時(shí)，中支座板帶動(dòng)其上結(jié)構(gòu)在球形滑動(dòng)摩擦面上通 過位移消耗地震能量，既保證列車運(yùn)行及結(jié)構(gòu)安全，又減小梁體傳遞給橋墩 的地震力，降低橋墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)難度和工程造價(jià)。本實(shí)施例的剪力部件由擋板和銷釘組成，通過銷釘將擋板固定在下支座板上，設(shè)計(jì)上使剪力部件承受的水平力為支座反力的10~12%,大于在正常 使用狀態(tài)下的鐵路荷載，如風(fēng)力、列車牽引或制動(dòng)力、搖擺力、長鋼軌作用 力、多遇地震力等，而當(dāng)上支座板所承受的地震水平力超過剪力部件的水平 承載能力時(shí)，上部結(jié)構(gòu)開始沿球形滑動(dòng)摩擦面滑動(dòng)，使結(jié)構(gòu)自振周期延長至 2s以上，大大減小地震力。由于銷釘是純剪構(gòu)件，受力分析明確，且銷釘材 料的性能相對穩(wěn)定，能很好的保證在水平力小于10~ 12%時(shí)剪力部件不破壞， 大于時(shí)能破壞。此外，本實(shí)施例中支座板上、下表面的雙凸球面為鍍鉻面，聚四氟乙烯 滑板5分別鑲嵌在下支座板3的凹球面31和上支座板1的凹球面12上，鍍 鉻面與聚四氟乙烯滑板形成滑動(dòng)面摩擦副和轉(zhuǎn)動(dòng)面摩擦副，易于加工和成型 控制，且聚四氟乙烯板價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、安全可靠，便于在鐵路橋梁中 推廣使用。 第二實(shí)施例圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例是在圖1所示第一實(shí)施 例固定支座技術(shù)方案基礎(chǔ)上通過增加平動(dòng)摩擦面形成的活動(dòng)支座。如圖2所
示，本實(shí)施例鐵;洛橋梁雙^求面減隔震支座包括上支座板1、中支座板2、下支座板3、頂盆6以及設(shè)置其間的聚四氟乙烯滑板5，下支座板3固接有剪力部 件4,下支座板3上表面的凹球面31和中支座板2下表面的凸球面21形成 球形滑動(dòng)摩擦面，上支座板1下表面的凹球面12和中支座板2上表面的凸球 面22形成轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面，頂盆6為下端開口的筒形體，扣設(shè)在上支座板l上， 上支座板1的上表面設(shè)置成平面11,頂盆6內(nèi)底表面也設(shè)置成平面61，之間 設(shè)置聚四氟乙烯滑板5，平面11和平面61形成平動(dòng)摩擦面，用來提供正常 運(yùn)營情況下由梁體伸縮引起的滑動(dòng)，滿足橋梁伸縮的位移要求。鐵路橋梁一般采用無縫線路，整個(gè)橋面結(jié)構(gòu)形成一個(gè)剛度很大的整體， 不允許支座在正常使用下有豎向位移。本實(shí)施例針對鐵路橋梁的這一要求， 由上支座板1和頂盆6構(gòu)成平動(dòng)摩擦面，使正常使用時(shí)支座的所有位移由該 平動(dòng)摩擦面提供，而球形滑動(dòng)摩擦面上不發(fā)生位移，保證支座整體不會(huì)發(fā)生 豎向位移。進(jìn)一步地，頂盆6內(nèi)底表面的平面61上焊接有不銹鋼板，與鑲嵌 在上支座板1平面11上的聚四氟乙烯滑板組成平動(dòng)面摩擦副。根據(jù)位移方向 的要求，圖2所示的活動(dòng)支座可以分為縱向活動(dòng)支座、橫向活動(dòng)支座和多向活動(dòng)支座?？v向活動(dòng)支座允許活動(dòng)支座有順橋向位移，在橫橋向沒有位移； 橫向活動(dòng)支座允許活動(dòng)支座有橫橋向位移，在順橋向沒有位移；多向活動(dòng)支座允許活動(dòng)支座可以有順橋向和橫橋向位移。本實(shí)施例球形滑動(dòng)摩擦面、球 形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面的結(jié)構(gòu)及其減隔震作用和效果與第一實(shí)施例相同，不再贅述。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技 術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種鐵路橋梁雙球面減隔震支座，包括疊置的上支座板、中支座板、下支座板以及其間設(shè)置的聚四氟乙烯滑板，其特征在于，所述下支座板固接有剪力部件，具有相同小曲率半徑的中支座板的凸球形上表面和上支座板的凹球形下表面形成球形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面，具有相同大曲率半徑的中支座板的凸球形下表面與下支座板的凹球形上表面形成球形滑動(dòng)摩擦面。
2. 如權(quán)利要求1所述的鐵路橋梁雙球面減隔震支座，其特征在于，所述 上支座板上部還扣設(shè)有頂盆，其間設(shè)置聚四氟乙烯滑板。
3. 如權(quán)利要求2所述的鐵路橋梁雙球面減隔震支座，其特征在于，所述 頂盆內(nèi)固接有不銹鋼板，所述聚四氟乙烯滑板鑲嵌在上支座板的上表面上。
4. 如權(quán)利要求1 ~ 3任一所述的鐵路橋梁雙球面減隔震支座，其特征在 于，所述剪力部件包括擋板和銷釘，所述擋板與下支座板通過銷釘固接。
5. 如權(quán)利要求1~3任一所述的鐵路橋梁雙球面減隔震支座，其特征在 于，所述中支座板的凸球形上表面和凸球形下表面為鍍鉻面，所述聚四氟乙 烯滑板分別鑲嵌在上支座板的凹球形下表面和下支座板的凹球形上表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵路橋梁雙球面減隔震支座，包括疊置的上支座板、中支座板、下支座板以及其間設(shè)置的聚四氟乙烯滑板，所述下支座板固接有剪力部件，具有相同小曲率半徑的中支座板的凸球形上表面和上支座板的凹球形下表面形成球形轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦面，具有相同大曲率半徑的中支座板的凸球形下表面與下支座板的凹球形上表面形成球形滑動(dòng)摩擦面。進(jìn)一步地，所述上支座板上部還扣設(shè)有頂盆，其間設(shè)置聚四氟乙烯滑板。本發(fā)明根據(jù)鐵路橋梁正常使用荷載要求和減隔震效果要求進(jìn)行了針對性設(shè)計(jì)，使發(fā)明具有減隔震作用明顯、便于控制和調(diào)整、保證列車運(yùn)行及結(jié)構(gòu)安全、降低橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度和工程造價(jià)等特點(diǎn)。
文檔編號E01D19/04GK101148858SQ20061012782
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者俊 劉, 彭天波, 徐升橋, 李建中, 王淑蘭, 兵 辛, 高靜清 申請人:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司